AM調製的FPGA實現原理和步驟

一、說明：

功能：AM調製

平臺：Vivado 2016.4 和 Matlab R2017a

二、原理：

1. AM調製原理

AM已調信號的時域表達式：

已調信號的頻域表達式：

本質上AM調製就是頻譜的搬移。

AM調製的系統框圖

將調製信號加上一個直流分量，保證信號的最小值大於零，然後再和載波相乘，得到已調信號。

三、AM調製的FPGA實現

1.產生調製信號和載波信號

調用ROM IP核在FPGA內部產生兩路餘弦信號，其中一路信號用於模擬外部輸入的調製信號，另一路用作載波信號。

在配置ROM IP核之前，需要用Matlab生.coe文件，存放在ROM核裡。

Matlab生成.coe文件：

%---------------------------------%

width=8; %設置rom的位寬

depth=1024; %設置rom的深度

%---------------------------------%

x=linspace（0，2*pi，depth）; %在一個週期內產生depth個採樣點

y_cos=cos（x）; %生成餘弦函數

%y_cos=sin（x）; %生成正弦函數

%y_cos=round（y_cos*（2^（width-1）-1））+2^（width-1）-1; %將數據轉化成整數，生成無符號數

y_cos=round（y_cos*（2^（width-1）-1））; %將數據轉化成整數，生成有符號數

plot（x，y_cos）; %繪圖

fid = fopen（‘E：WorkspaceDDSDesignIP_Corecos.coe’，‘wt’）;

fprintf（fid，‘memory_initialization_radix = 10; memory_initialization_vector = ’）;

for i = 1 ： depth

if mod（i-1，8） == 0

fprintf（fid，‘ ’）;

end

fprintf（fid，‘%6d，’，y_cos（i））;

end

fclose（fid）; %關閉文件

生成.coe文件後就可以進行IP核的配置了。

ROM核具體配置：

配置完IP核後，編寫控制模塊，產生兩路信號。其中，調製信號上疊加的直流分量的大小為調製信號的峰值，這樣將得到調製度為100%的已調信號。如果要得到不同的調製度，則需要疊加不同大小的直流分量，同時需要注意定義的數據位寬，防止數據溢出。

產生載波和帶有直流分量的調製信號：

module cos_make（

input clk，

input rst_n，

output reg ［7:0］ cos_s，

output reg signed ［7:0］ cos_c

）;

//------------------------------------//

parameter freq_s = 32‘d429497; //調製信號頻率10k

parameter freq_c = 32’d42949673; //載波頻率1M

parameter cnt_width = 8‘d32;

//------------------------------------//

//------------------------------------//

reg ［cnt_width-1:0］ cnt_s = 0;

reg ［cnt_width-1:0］ cnt_c = 0;

wire ［9:0］ addr_s;

wire ［9:0］ addr_c;

always @（posedge clk or negedge rst_n） begin

if（！rst_n） begin

cnt_s 《= 0;

cnt_c 《= 0;

end

else begin

cnt_s 《= cnt_s + freq_s;

cnt_c 《= cnt_c + freq_c;

end

end

assign addr_s = cnt_s［cnt_width-1:cnt_width-10］;

assign addr_c = cnt_c［cnt_width-1:cnt_width-10］;

//------------------------------------//

//------------調用ROM核----------------//

wire signed ［7:0］ cos_s_r;

wire signed ［7:0］ cos_c_r;

ROM ROM_inst（

.clka （clk），

.addra （addr_s），

.douta （cos_s_r），

.clkb （clk），

.addrb （addr_c），

.doutb （cos_c_r）

）;

always @（posedge clk or negedge rst_n） begin

if（！rst_n） begin

cos_s 《= 0;

cos_c 《= 0;

end

else begin

cos_s 《= cos_s_r + 8 ’d128; //加上大小為峰值的直流分量

cos_c 《= cos_c_r;

end

end

endmodule

2.生成AM調製信號

得到兩路信號後就可以用乘法器將兩路信號相乘，得到已調信號。

乘法器具體配置：

AM調製的頂層模塊：

module modulate（

input clk，

input rst_n，

output signed ［15:0］ AM_mod

）;

wire ［7:0］ cos_s;

wire signed ［7:0］ cos_c;

//------------調用出波模塊------------//

cos_make cos_make_inst0（

.clk （clk），

.rst_n （rst_n），

.cos_s （cos_s），

.cos_c （cos_c）

）;

//-----------------------------------//

//------------調用乘法器--------------//

MULT MULT_inst1（

.CLK （clk），

.A （cos_s），

.B （cos_c），

.P （AM_mod）

）;

endmodule

3.仿真調製結果

以上AM調製過程基本完成，但是正確與否還需要通過仿真來確定，接下來編寫仿真用的測試模塊。

TestBeach的編寫：

timescale 1ns/1ps

module tb_AM（）;

//---------接口設置----------//

reg sclk;

reg rst_n;

wire signed ［15:0］ AM_mod;

//--------------------------//

initial sclk = 1;

always #5 sclk = ~sclk; //100M時鐘

initial begin

rst_n = 0;

#500

rst_n = 1;

end

//--------------------------//

modulate modulate_inst0（

.clk （sclk），

.rst_n （rst_n），

.AM_mod （AM_mod）

）;

endmodule

在Vivado中將各個文件添加進工程後，運行仿真。

仿真結果如下：

已調信號能明顯看到包絡，並且包絡的頻率同調製信號一致，表明AM調製正確。